[发明专利]一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及到2000MPa级纳米尺度贝氏体钢的制备工艺，

背景技术

强度是钢铁材料发展的驱动力，为了获得高强度钢铁材料广大科研工作者做了大量研究工作。研究发现，钢铁材料内部的缺陷使钢材的实际强度远小于理论强度，降低材料尺寸可使材料内部缺陷相对减少甚至消除。如碳纳米管，因其尺寸足够小使得缺陷出现几率小，具有极高强度。但在钢铁材料中纳米尺度的材料没有实际的应用意义。Bhadeshia认为，在钢铁材料内部引入更多的缺陷可以达到强化材料的作用，他设法在钢中储蓄缺陷从而阻碍位错的运动以提高材料强度。利用引入缺陷这一构想，Bhadeshia成功制得了强度为5.5GPa的钢线。但是，因其成型工艺受限这种高强度钢帘线的尺寸只能在微米尺度。

钢铁材料中，贝氏体钢由于具有较高强度和良好的韧性，一直是钢铁材料界的研究重点。20世纪30年代Devenport和Bain发现了贝氏体组织，经过几十年的研究和发展，贝氏体钢的相变机理和热处理工艺逐渐完善。近十年来，一系列高强高韧贝氏体钢受到钢铁界重视，有学者称这一系列钢为超级贝氏体钢，如超细贝氏体钢（ultra-fine bainiticsteels）、先进贝氏体钢（advanced bainitic steels）、超强贝氏体钢（ultra strength bainitic steels）、无碳化物贝氏体钢（carbide-free bainitic steels）、纳米结构贝氏体钢（nanobainitic steels）、超级贝氏体钢（super bainitic steels）等。

2002年，Bhadeshia团队研发出一种新型的超高强度纳米贝氏体钢。该钢含碳量为1%、含硅1.5%，系高碳高硅钢，通过等温淬火的工艺，即经奥氏体化保温后快冷至100～250℃之间某一温度等温淬火，进行长时间等温获得细小贝氏体组织。这种低温转变的贝氏体亚结构为20～40nm厚的条状贝氏体铁素体组织，铁素体条间是薄膜状的富碳残余奥氏体。该低温等温淬火工艺制备的贝氏体钢力学性能极好，抗拉强度高达2.5GPa，硬度超过600HV，且韧性为30～40MPa·m^1/2。尽管纳米贝氏体钢具有超高强度和良好的韧性，但是制备耗时长，有些甚至需要几天乃至几十天。因此，缩短等温淬火的时间，加速贝氏体的相变过程，是解决纳米贝氏体钢产业化生产的关键。

发明内容

本发明的目的在于利用热轧后钢板余热进行低温温轧并结合罩式退火的方法，生产纳米结构贝氏体钢。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺，该工艺适用的贝氏体钢化学质量百分比如下：

C0.69～1.05%；

Si1.50～2.00%；

Mn1.80～2.50%；

Cr0.90～1.50%；

Mo0.20～0.30%；

V0.05～0.15%；

Nb0.04～0.07%；其余为Fe和不可避免的杂质；

其具体步骤如下：

1)按照化学成分质量百分比称取原料，进行冶炼、浇铸；

2)铸坯经1200℃～1250℃加热，保温4～6小时均热后，在A_r3以上高温区终轧，终轧温度在900℃～1000℃，轧后层流冷却至300℃～600℃。

3)将2）中冷却到300℃～600℃的热轧板通过层流冷却线后的冷轧机，进行单道次10%～20%压下率的低温温轧；

4)将3）中温轧后钢板卷取后投入罩式退火炉，炉温200℃～300℃，保温时间3h～6h，保温后空冷。

本发明主要涉及到制备一种2000MPa级、具有纳米尺度贝氏体组织的超高强钢，其超细贝氏体中亚结构为厚度20～40nm的薄片贝氏体铁素体和厚度小于10nm的富碳残余奥氏体薄膜，组织中无渗碳体析出。将高温均匀化退火后钢坯于单相奥氏体区温度热轧，热轧后层流冷却至贝氏体相变开始温度与马氏体相变开始温度之间某一温度，在该温度下进行低温温轧，轧后钢板投入罩式退火炉保温3～6小时移出，空冷至室温即可获得级超细贝氏体钢。

利用热轧后钢板余热进行低温温轧并在罩式退火炉中低温保温的方法是本发明在保证获得纳米结构贝氏体组织的前提下，缩短贝氏体相变时间的主要特征。